Gluconeogenese

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 9. Januar 2017
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Die Gluconeogenese sorgt im Körper für die Neusynthese von Glukose aus Pyruvat, Laktat und Glyzerin. Damit sichert sie die Glukoseversorgung des Organismus in Hungerphasen ab. Störungen bei der Gluconeogenese können zu einer gefährlichen Hypoglykämie führen.

Inhaltsverzeichnis

Was ist die Gluconeogenese?

Bei der Gluconeogenese wird aus den Abbauprodukten des Protein-, Kohlenhydrat- und Fettstoffwechsels wieder Glukose erzeugt.

Die Reaktionen zur Gluconeogenese finden hauptsächlich in der Leber und in der Muskulatur statt. Dort wird die synthetisierte Glukose dann zu Glukogen, einem Speicherstoff kondensiert, welcher als Energiespeicher für die schnelle Energieversorgung von Nervenzellen, Erythrozyten und Muskulatur dient. Durch die Gluconeogenese können pro Tag 180 bis 200 Gramm Glukose neu gebildet werden.

Die Gluconeogenese kann als Umkehrung der Glykolyse (Abbau von Glukose) bis zum Pyruvat oder Laktat angesehen werden, wobei jedoch drei Reaktionsschritte aus energetischen Gründen durch Umgehungsreaktionen ersetzt werden müssen. Bei der Glykolyse entsteht Pyruvat (Brenztraubensäure) oder unter anaeroben Bedingungen Laktat (Anion der Milchsäure). Des Weiteren entsteht die Brenztraubensäure auch aus Aminosäuren bei deren Abbau. Ein weiteres Substrat zum Neuaufbau von Glukose ist das aus dem Fettabbau stammende Glyzerin. Es wird in Dihydroxyacetonphosphat umgewandelt, welches als Metabolit in der Synthesekette der Gluconeogenese zum Aufbau von Glukose fungiert.

Funktion & Aufgabe

Es stellt sich die Frage, warum Glukose wieder aufgebaut werden soll, wenn es doch vorher durch Glykolyse zur Energiegewinnung abgebaut wurde. Dabei ist jedoch zu bedenken, dass die Nervenzellen, das Gehirn oder die Erythrozyten zwingend auf Glukose als Energielieferant angewiesen sind.

Wenn die Vorräte an Glukose im Körper aufgebraucht sind, ohne dass schnell genug für Nachschub gesorgt wurde, kommt es zu einer gefährlichen Hypoglykämie, die sogar tödlich enden kann. Mithilfe der Gluconeogenese kann der normale Blutzuckerspiegel auch in Hungerphasen oder in energieverbrauchenden Notsituationen konstant gehalten werden.

Die neu synthetisierte Glukose wird in der Leber zu einem Drittel und in der Skelettmuskulatur zu zwei Dritteln als Glukogen gespeichert. Bei einer längeren Hungerphase sinkt der Bedarf an Glukose etwas, weil als zweite Stoffwechselschiene die Verwertung von Ketonkörpern zur Energiegewinnung aufgebaut wird.

Die zentrale Rolle bei der Gluconeogenese spielt die Brenztraubensäure (Pyruvat) oder die aus ihr unter anaeroben Bedingungen gebildete Milchsäure (Laktat). Beide Verbindungen sind auch Abbauprodukte bei der Glykolyse (Zuckerabbau).

Die Reaktionen zur Gluconeogenese finden hauptsächlich in der Leber und in der Muskulatur statt.

Zudem entsteht beim Abbau von Aminosäuren auch Pyruvat. An einer anderen Stelle kann auch Glyzerin aus dem Fettabbau in einen Metaboliten der Gluconeogenese umgewandelt werden, wobei es in diesen Prozess eingebaut wird. Somit entsteht bei der Gluconeogenese aus den Abbauprodukten des Kohlenhydrat-, Protein- und Fettstoffwechsels wieder Glukose.

Körpereigene Regulierungsmechanismen sorgen dafür, dass die Gluconeogenese und die Glykolyse nicht gleich stark nebeneinander ablaufen. Bei verstärkter Glykolyse wird die Gluconeogenese etwas abgeschwächt. In einer Phase der verstärkten Gluconeogenese kommt es wiederum zur Drosselung der Glykolyse.

Im Organismus gibt es dazu hormonelle Regulationsmechanismen. Werden beispielsweise viele Kohlenhydrate durch die Nahrung zugeführt, steigt der Blutzuckerspiegel an. Gleichzeitig wird die Produktion von Insulin in der Bauchspeicheldrüse angeregt.

Insulin sorgt für die Glukoseversorgung der Zellen. Dort wird sie entweder zur Energiegewinnung abgebaut oder bei einem niedrigen Energiebedarf in Fettsäuren umgewandelt, die als Triglyzeride (Fett) im Fettgewebe gespeichert werden können.

Bei einer Unterversorgung mit Kohlenhydraten (Hunger, extrem kohlehydratarme Nahrung oder hoher Glukoseverbrauch in Notfällen) sinkt zunächst der Blutzuckerspiegel. Das ruft den hormonellen Gegenspieler des Insulins, das Hormon Glucagon, auf den Plan. Glucagon veranlasst den Abbau von gespeichertem Glucogen in der Leber zu Glukose. Wenn diese Vorräte aufgebraucht sind, startet bei anhaltender Hungerphase im Organismus die verstärkte Gluconeogenese aus Aminosäuren zur Neusynthese von Glukose.

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Krankheiten & Beschwerden

Bei einer Störung der Gluconeogenese kann es zur Unterzuckerung (Hypoglykämie) des Körpers kommen. Eine Hypoglykämie kann viele Ursachen haben. So führen hormonelle Regulationsmechanismen bei einem erhöhten Glukosebedarf oder bei einer verminderten Kohlehydratzufuhr zu einer verstärkten Gluconeogenese.

Der hormonelle Gegenspieler des Insulins ist das Hormon Glukagon. Wenn der Blutzuckerspiegel sinkt, steigt die Produktion von Glukagon an, welches dann eine verstärkte Gluconeogenese veranlasst. Zunächst wird in der Leber und der Muskulatur gespeichertes Glucogen abgebaut und in Glukose umgewandelt. Wenn alle Glucogenreserven aufgebraucht sind, werden Glucogene Aminosäuren zu Glukose umgewandelt. Es findet somit ein Muskelabbau statt, um den Körper mit Energie zu versorgen.

Sollte die Gluconeogenese jedoch aus verschiedenen Gründen nur schwer in Gang kommen, bildet sich eine Hypoglykämie aus, die in schweren Fällen zu Bewusstlosigkeit und gar zum Tod führen kann.

Es können etwa Erkrankungen der Leber oder bestimmte Medikamente die Gluconeogenese behindern. Auch der Genuss von Alkohol hemmt die Gluconeogenese. Eine schwere Hypoglykämie ist ein Notfall, der schneller ärztlicher Hilfe bedarf.

Ein anderes gluconeogenese-förderndes Hormon ist Kortisol. Kortisol ist ein Glukokortikoid der Nebennierenrinde und fungiert als Stresshormon. Es hat die Aufgabe, bei belastenden körperlichen Situationen schnell Energie bereitzustellen. Dazu müssen die körperlichen Energiereserven aktiviert werden. Kortisol regt die Umwandlung von Aminosäuren der Skelettmuskulatur im Rahmen einer Gluconeogenese in Glukose an.

Bei einer Überfunktion der Nebennierenrinde, etwa durch einen Tumor, wird ständig zu viel Kortisol produziert. Die Gluconeogenese läuft dann auf Hochtouren. Dabei führt die Überproduktion von Glukose zum Muskelabbau, zur Schwächung des Immunsystems und zu einer Stammfettsucht. Dieses Krankheitsbild wird als Cushingsyndrom bezeichnet.

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